EP0469337B1 - Stahl-Beton-Verbundbauteil - Google Patents

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EP0469337B1
EP0469337B1 EP91111260A EP91111260A EP0469337B1 EP 0469337 B1 EP0469337 B1 EP 0469337B1 EP 91111260 A EP91111260 A EP 91111260A EP 91111260 A EP91111260 A EP 91111260A EP 0469337 B1 EP0469337 B1 EP 0469337B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
component according
dowel
composite component
larger diameter
section
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP91111260A
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English (en)
French (fr)
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EP0469337A1 (de
Inventor
Wieland Prof. Dr. Ing. Ramm
Joachim Dr.-Ing. Scheele
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
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Priority to AT91111260T priority Critical patent/ATE102278T1/de
Publication of EP0469337A1 publication Critical patent/EP0469337A1/de
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Publication of EP0469337B1 publication Critical patent/EP0469337B1/de
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00—Structural elongated elements designed for load-supporting
    • E04C3/02—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces
    • E04C3/29—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces built-up from parts of different material, i.e. composite structures
    • E04C3/293—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces built-up from parts of different material, i.e. composite structures the materials being steel and concrete
    • E04C3/294—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces built-up from parts of different material, i.e. composite structures the materials being steel and concrete of concrete combined with a girder-like structure extending laterally outside the element
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B5/00—Floors; Floor construction with regard to insulation; Connections specially adapted therefor
    • E04B5/16—Load-carrying floor structures wholly or partly cast or similarly formed in situ
    • E04B5/17—Floor structures partly formed in situ
    • E04B5/23—Floor structures partly formed in situ with stiffening ribs or other beam-like formations wholly or partly prefabricated
    • E04B5/29—Floor structures partly formed in situ with stiffening ribs or other beam-like formations wholly or partly prefabricated the prefabricated parts of the beams consisting wholly of metal

Definitions

  • the invention relates to a steel-concrete composite component with a steel part and a concrete part, which are connected to one another by means of at least one weld-on dowel made of metal welded onto the steel part, the dowel having a shaft with a weld-on end.
  • the steel-concrete composite construction offers a wide range of uses for the aforementioned dowels.
  • dowels are welded to a steel component to be connected to the concrete using a known stud welding method.
  • a steel component can, for. B. a composite girder for bridge construction or building construction, a metallic liner for reinforced concrete or prestressed concrete hollow body or building or an anchor plate for anchoring loads in a concrete structure.
  • the concrete generally connects directly to the steel component, which may also be the Formwork or part of it.
  • Such a steel-concrete composite component is known from US-A-32 10 900, which is assumed in the preamble of claim 1.
  • Such a dowel has a shaft with a circular cylindrical diameter, at one end of which a head with a widened diameter is formed.
  • the dowel is welded on with the end opposite the head, the material of the dowel being monolithically bonded to the material of the underlying steel girder during the welding process. This creates an all-round sweat at the base of the dowel.
  • the structural behavior of the dowels is of essential structural importance for such steel-concrete composite components. A distinction must be made between tensile loads, i.e. H. in the direction of the longitudinal axis of the anchor, and shear loads, d. H. loads acting in the direction of the steel-concrete interface.
  • the load-bearing behavior of the anchor is very important with regard to the shear stress, which B. arise as a scheduled load due to shear forces between steel and concrete or can be initiated in the form of a load to be anchored.
  • the shear stress can e.g. also occur as a result of thermal expansion, settlement phenomena or the like.
  • An essential aspect of the anchor load behavior when loaded on shear is the type of failure.
  • the failure of a dowel connection of the type described can occur either in the form of a steel failure (the dowel shears or tears off) or in the form of a concrete failure (as a breakout of a mostly funnel-shaped concrete part). It is more favorable for the load-bearing behavior of the connection if a concrete failure can be avoided, as is also the case with a large part of the steel-concrete composite structures currently being carried out, by doing this sufficiently long dowels are used.
  • the load-bearing behavior with regard to shear stress is essentially determined by two parameters, namely the breaking load, i. H. the maximum shear force that can be absorbed by the anchor connection and the fracture displacement, i.e. the maximum displacement between steel component and concrete.
  • the load-bearing behavior can be clearly illustrated by plotting the shear force over the displacement as a so-called load-deformation line. The area under this line is called the working capacity of the anchor, and a high working capacity is desirable.
  • a multi-part upset anchor is known, the lower end of which can be attached to an anchor rail by means of an upset connection.
  • the compression anchor comprises a dowel-like upper shaft part which has an essentially circular-cylindrical cross section and is provided with a head at the upper end. With its lower end, the dowel-like shaft part can be welded onto a foot part.
  • the foot part is also shaft-shaped and can be inserted into a recess in an anchor rail. After the foot part has been inserted into the anchor rail, the foot part is compressed in such a way that it can no longer be removed from the anchor rail and is therefore connected to it.
  • the invention has for its object to provide a steel-concrete composite component of the type mentioned above with improved load-bearing behavior under shear stress.
  • the object is achieved in that a dowel is welded on, in which the shaft has a section with a larger diameter than the other shaft section at the end of the welding process.
  • the invention takes into account the knowledge that, in a conventional dowel, large areas of the dowel shaft participate in the removal of the shear stresses in the concrete at high loads, the load transfer taking place essentially via pressures between the dowel shaft and concrete.
  • the pressures in the area of this section are strongly concentrated. This increases the displacement of the concrete associated with the dowel displacement, which leads to larger dowel displacements and also to a greater activation of other load transfer mechanisms, such as axial tensile forces in the deformed bolt.
  • the other shaft and / or the section of enlarged diameter each have the shape of a straight circular cylinder.
  • the section of enlarged diameter is spherical in the axial direction.
  • the dowel can have a head at its free end, as is conventional.
  • the diameter of the head is at least as large as the diameter of the section of increased diameter.
  • the ratio of length to diameter of the section of enlarged diameter is between 1: 2 and 4: 2, preferably between 1: 2 and 3: 2.
  • the ratio of length to diameter of the other shaft section without a head is approximately 3: 1 or larger, thereby ensuring an adequate anchoring of the anchor in the concrete and preventing the anchor from being pulled out of the concrete by the shear stress .
  • the ratio of the diameter of the enlarged diameter section to that of the other shaft section is between 7: 6 and 10: 6, preferably approximately 9: 6, and / or that the ratio of the length of the section with an enlarged diameter to that of the other shaft section without a head is at least 1: 3, the upper limit being 1: 8.
  • This ratio is preferably between 1: 4 and 1: 7.
  • the enlarged diameter section has a graduated cross-sectional enlargement having.
  • FIG. 1 shows a weld-on dowel, the shaft of which has a section 2 of enlarged diameter at the weld-on end 3.
  • the section 2 of enlarged diameter and the other shaft section 1 each have the shape of a straight circular cylinder.
  • the section 2 of enlarged diameter merges evenly in the illustrated embodiment via a transition section 4 into the other shaft section 1.
  • the welding end 3 With the free end of section 2 of enlarged diameter, the welding end 3, the dowel is secured by means of a stud welding apparatus welded onto a steel component, not shown.
  • the dowel has a head 5 in the exemplary embodiment shown. This is used to transfer loads between the concrete and dowel that are parallel to the longitudinal axis of the anchor and thus also to improve the anchorage of the anchor in the concrete.
  • FIG. 2 shows a section II-II of the dowel according to FIG. 1.
  • the circular cross-section of the section 2 with an enlarged diameter, the head 5 and the dashed line of the other shaft section 1 can be clearly seen.
  • the diameter of the section 2 with an enlarged diameter is enlarged by approximately 40% compared to the diameter of the other shaft section 1.
  • the head 5 shown is much larger in diameter than the section 2 with an enlarged diameter. Since the section 2 with an enlarged diameter, the other shaft section 1 and the head 5 are rotationally symmetrical on one axis, the dowel can be easily produced.
  • the entire dowel is installed in concrete when installed.
  • a shear load ie a load perpendicular to the longitudinal axis of the anchor in the area of the welding end 3
  • high pressures occur between the anchor and concrete.
  • the pressures concentrate near the welding end 3.
  • the size of the area of the anchor increases, which is used in this form for load transfer.
  • dowels with a constant diameter over the entire length this area can vary depending on the concrete composition Extend to almost the entire length of the anchor. This applies in particular to dowels with large diameters that have high bending stiffness. If the diameter of the conventional dowel is reduced to approx. 2/3 of the original diameter over a length of approx.
  • the dowel according to FIG. 1 is obtained.
  • the pressures in the area concentrate at high shear loads of section 2 enlarged diameter.
  • the transferable shear loads are therefore somewhat lower.
  • they are significantly higher than the shear loads that a conventional dowel with a diameter that corresponds to that of the other shaft section 1 is able to transmit.
  • the concentration of the pressures in the area of section 2 with an enlarged diameter the concrete is stressed there much more than conventional dowels. This leads to larger deformations of the concrete and an enlargement of the locally limited areas of the concrete displacement.
  • FIGS. 3, 4 and 5 show different embodiments of the section 2 enlarged section. In conjunction with various types of concrete, these versions can offer a further improved load-bearing behavior when subjected to shear stress.
  • the load-deformation lines of three dowels are plotted in the diagram according to FIG. Two of these lines, namely lines A and B, show the load-deformation behavior of conventional dowels. Both dowels have the same length and a constant cross-section over the entire length.
  • the length corresponds to the total length of the dowel according to FIG. 1.
  • the diameter corresponds to the diameter of the other shaft section 1 according to FIG. 1 for curve A and the diameter of section 2 of enlarged diameter according to FIG. 1 for curve B.
  • the shear force F is in kN is plotted over the shear displacement s in mm.
  • s represents the relative displacement of the steel component and thus also of the dowel foot compared to the concrete part.
  • the breaking load for curve A and the associated dowel is approx. 80 kN and the breaking displacement approx. 7.5 mm, while for curve B and the associated bolt, the breaking load is approx. 155 kN and the breaking displacement is approx. 9.0 mm.
  • Curve C comes from an experiment in which a dowel according to FIG. 1 was tested, the shaft diameter of which corresponds to that of the dowel according to curve A over approximately 80% of the dowel length and whose diameter in the section of increased diameter corresponded to that of the dowel according to curve B. It can be seen that the breaking load of around 140 kN is slightly lower than curve B, but there is a significant increase in the breaking displacement of around 29 mm.
  • the load-bearing behavior and load-bearing capacity of a dowel according to the invention largely correspond to that of a conventional dowel with a constant diameter corresponding to the diameter of the other shaft section 1 when loaded under tension.
  • the shear loads are often decisive for the design of the dowels, so that such an increased fracture displacement, the significantly increased work capacity and the high breaking loads in the shear direction are much more decisive.
  • the major fracture displacements are e.g. of particular importance when using the load-bearing method in composite construction.
  • Another advantage of the reduced diameter of the dowel according to FIG. 1 in the other shaft section is the fact that this leaves more space for the arrangement of reinforcing bars in the concrete. This is e.g. B. when using anchor plates, in their environment experience has shown that an accumulation of reinforcement is often necessary.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Stahl-Beton-Verbundbauteil mit einem Stahlteil und einem Betonteil, die mittels zumindest einem auf das Stahlteil aufgeschweißten Aufschweißdübel aus Metall miteinander verbunden sind, wobei der Dübel einen Schaft mit einem Aufschweißende aufweist.
  • Der Stahl-Beton-Verbundbau bietet ein breites Einsatzgebiet für vorgenannte Dübel. Dazu werden Dübel mittels eines bekannten Bolzenschweißverfahrens auf ein mit dem Beton zu verbindendes Stahlbauteil geschweißt. Ein solches Stahlbauteil kann z. B. ein Verbundträger für den Brückenbau oder den Hochbau, ein metallischer Liner für Stahlbeton- oder Spannbeton-Hohlkörper oder -gebäude oder eine Ankerplatte zur Verankerung von Lasten in einer Betonstruktur sein. Der Beton schließt dabei im allgemeinen direkt an das Stahlbauteil an, wobei dieses gegebenenfalls zugleich die Schalung oder einen Teil derselben bildet. Ein derartiges Stahl-Beton-Verbundbauteil ist aus der US-A-32 10 900 bekannt, von der im Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgegangen wird. Ein derartiger Dübel weist einen Schaft mit einem kreiszylindrischen Durchmesser auf, an dessen einen Ende ein Kopf mit verbreitertem Durchmesser ausgebildet ist. Mit dem dem Kopf entgegengesetzten Ende wird der Dübel aufgeschweißt, wobei sich das Material des Dübels beim Schweißvorgang mit dem Material des darunterliegenden Stahlträgers monolithisch verbindet. Dabei bildet sich ein umlaufender Schweißwulst am Fuß des Dübels.
  • Von wesentlicher konstruktiver Bedeutung für solche Stahl-Beton-Verbundbauteile ist das Tragverhalten der Dübel. Dabei ist zu unterscheiden zwischen Zugbelastungen, d. h. in Richtung der Längsachse des Dübels, und Scherbelastungen, d. h. in Richtung der Grenzfläche Stahl-Beton wirkenden Lasten. Sehr wichtig ist dabei das Tragverhalten des Dübels bezüglich der Scherbelastung, die z. B. als planmäßige Belastung infolge von Schubkräften zwischen Stahl und Beton entstehen oder in Form einer zu verankernden Last eingeleitet werden kann. Die Scherbelastung kann aber z.B. auch infolge von thermischen Ausdehnungen, Setzungserscheinungen oder dergleichen auftreten.
  • Ein wesentlicher Aspekt des Dübeltragverhaltens bei Belastung auf Abscheren ist die Versagensart. Das Versagen einer Dübelverbindung der geschilderten Art kann entweder in Form eines Stahlversagens (der Dübel schert oder reißt ab) oder in Form eines Betonversagens (als Ausbruch eines meist trichterförmigen Betonteiles) auftreten. Dabei ist es für das Tragverhalten der Verbindung günstiger, wenn ein Betonversagen vermieden werden kann, wie es bei einem großen Teil der derzeit ausgeführten Stahl-Beton-Verbundkonstruktionen auch der Fall ist, indem hierzu ausreichend lange Dübel verwendet werden.
  • Das Tragverhalten bezüglich Scherbelastung wird im wesentlichen durch zwei Parameter bestimmt, nämlich die Bruchlast, d. h. die maximale Scherkraft, die von der Dübelverbindung aufgenommen werden kann, und die Bruchverschiebung, d.h. die maximale Verschiebung zwischen Stahlbauteil und Beton. Das Tragverhalten läßt sich anschaulich darstellen, indem die Scherkraft über der Verschiebung als sogenannte Last-Verformungslinie aufgetragen wird. Die Fläche unter dieser Linie wird als Arbeitsvermögen des Dübels bezeichnet, wobei ein hohes Arbeitsvermögen wünschenswert ist.
  • Aus dem DE 89 06 810 U1 ist ein mehrteiliger Stauchanker bekannt, dessen unteres Ende mittels einer Stauchverbindung an eine Ankerschiene anbringbar ist. Der Stauchanker umfaßt ein dübelartiges oberes Schaftteil, das einen im wesentlichen kreiszylindrischen Querschnitt aufweist und am oberen Ende mit einem Kopf versehen ist. Mit seinem unteren Ende ist das dübelartige Schaftteil auf ein Fußteil aufschweißbar. Das Fußteil ist ebenfalls schaftartig ausgebildet und kann in eine Ausnehmung einer Ankerschiene eingesetzt werden. Nach dem Einsetzen des Fußteils in die Ankerschiene wird das Fußteil derart gestaucht, daß es nicht mehr aus der Ankerschiene entnommen werden kann und somit mit diesem verbunden ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stahl-Beton-Verbundbauteil der oben genannten Art mit verbessertem Tragverhalten bei Scherbelastung zu schaffen.
  • Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Dübel aufgeschweißt ist, bei dem der Schaft vor dem Aufschweißen am Aufschweißende einen Abschnitt mit einem gegenüber dem sonstigen Schaftabschnitt vergrößerten Durchmesser aufweist.
  • Die Erfindung trägt der Erkenntnis Rechnung, daß sich bei einem herkömmlichen Dübel bei hohen Belastungen weite Bereiche des Dübelschaftes an der Abtragung der Scherbelastungen in den Beton beteiligen, wobei die Lastabtragung im wesentlichen über Pressungen zwischen Dübelschaft und Beton vonstatten geht. Durch den erfindungsgemäßen Abschnitt vergrößerten Durchmessers im Bereich des Aufschweißendes wird erreicht, daß sich die Pressungen im Bereich dieses Abschnittes stark konzentrieren. Dadurch wird die mit der Dübelverschiebung einhergehende Verdrängung des Betons verstärkt, was zu größeren Dübelverschiebungen und auch zu einer stärkeren Aktivierung weiterer Lastabtragungsmechanismen, wie es z.B. Axialzugkräfte im verformten Bolzen sind, führt. Es hat sich bei Versuchen gezeigt, daß Dübel mit dem Abschnitt vergrößerten Durchmessers nicht nur ein wesentlich günstigeres Tragverhalten zeigen als herkömmliche Dübel mit einem über die gesamte Länge konstanten Durchmesser, der dem Durchmesser des sonstigen Schaftabschnitts des erfindungsgemäßen Dübels entspricht, sondern daß auch, wenn der Durchmesser des herkömmlichen Dübels dem Durchmesser des erfindungsgemäßen Abschnittes vergrößerten Durchmessers entspricht, das Tragverhalten des Dübels mit konstantem Durchmesser schlechter ist als bei Dübeln mit einem Abschnitt vergrößerten Durchmessers. Es ist also lediglich eine Frage der Beschreibungsweise und für den Erfindungsgedanken unerheblich, ob man die Ausgestaltung des Dübels durch Verringerung des Querschnittes des sonstigen Schaftabschnittes oder durch Vergrößerung im Bereich des Aufschweißendes erreicht. Wesentlich ist die deutliche Steigerung der Bruchverschiebung und die damit verbundene Steigerung des Arbeitsvermögens. Weiterhin ist von Bedeutung, daß auch hinsichtlich der Bruchlast eine deutliche Steigerung erreicht wird, wenn man die Betrachtungsweise eines am Aufschweißende im Durchmesser vergrößerten Dübels wählt, wohingegen nur geringe Verluste bei der Bruchlast zu verzeichnen sind, wenn man den Dübel als einen Dübel mit verringertem Durchmesser des sonstigen Schaftabschnitts betrachtet.
  • Eine herstellungstechnisch besonders einfache Realisierung ergibt sich dann, wenn der sonstige Schaftabschnitt und der Abschnitt vergrößerten Durchmessers rotationssymmetrisch zu einer gemeinsamen Achse ausgebildet sind. Zudem weist ein solcher Dübel ein symmetrisches Tragverhalten auf.
  • Bei bestimmten Lastkombinationen kann es aber auch vorteilhaft sein, den sonstigen Schaftabschnitt und/oder den Abschnitt vergrößerten Durchmessers prismatisch auszubilden.
  • In einer einfachen bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der sonstige Schaft und/oder der Abschnitt vergrößerten Durchmessers jeweils die Form eines geraden Kreiszylinders aufweisen.
  • Zur weiteren Optimierung des Tragverhaltens kann jedoch auch vorgesehen sein, daß der Abschnitt vergrößerten Durchmessers in Achsrichtung ballig ist.
  • Wenn der Abschnitt vergrößerten Durchmessers mit einer stetigen Verjüngung in den sonstigen Schaftabschnitt übergeht, wird eine gleichmäßigere Gesamtbeanspruchung des Dübels insbesondere im Bereich des Überganges von dem Abschnitt vergrößerten Durchmessers auf den sonstigen Schaftabschnittes mit normalem Querschnitt erreicht und eine Kerbwirkung, die im Zusammenhang mit dynamischen Beanspruchungen unerwünscht ist, vermieden.
  • Damit eine ausreichende Verankerung im Beton gewährleistet wird, kann der Dübel, wie herkömmlich, an seinem freien Ende einen Kopf aufweisen. In diesem Fall ist gemäß einem Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß der Durchmesser des Kopfes mindestens so groß wie der Durchmesser des Abschnittes vergrößerten Durchmessers ist.
  • In einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, daß das Verhältnis von Länge zu Durchmesser des Abschnittes vergrößerten Durchmessers zwischen 1:2 und 4:2, vorzugsweise zwischen 1:2 und 3:2 liegt. Dadurch wird zum einen erreicht, daß der Dübel mittels bekannter Bolzenschweißverfahren verschweißt werden kann, zum anderen wird dadurch ein besonders günstiges Verformungsverhalten sichergestellt.
  • In weiterhin bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, daß das Verhältnis von Länge zu Durchmesser des sonstigen Schaftabschnittes ohne Kopf etwa 3:1 oder größer ist, wodurch eine ausreichende Verankerung des Dübels im Beton sichergestellt und ein durch die Scherbelastung hervorgerufenes Ausreißen des Dübels aus dem Beton vermieden wird.
  • Zur Optimierung des Arbeitsvermögens eines Dübels ist des weiteren vorgesehen, daß das Verhältnis des Durchmessers des Abschnitts vergrößerten Durchmessers zu dem des sonstigen Schaftabschnittes zwischen 7:6 und 10:6, vorzugsweise bei etwa 9:6 liegt, und/oder daß das Verhältnis der Länge des Abschnittes vergrößerten Durchmessers zu der des sonstigen Schaftabschnittes ohne Kopf mindestens 1:3 beträgt, wobei die Obergrenze bei 1:8 liegen kann. Vorzugsweise liegt dieses Verhältnis zwischen 1:4 und 1:7.
  • Zur weiteren Verbesserung des Verformungsverhaltens kann zudem vorgesehen werden, daß der Abschnitt vergrößerten Durchmessers eine abgestufte Querschnittsvergrößerung aufweist.
  • Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine Ansicht eines Aufschweißdübels;
    Figur 2
    einen Schnitt II - II gemäß Figur 1;
    Figur 3
    einen Dübel mit einem außenballigen Abschnitt;
    Figur 4
    einen Dübel mit einem innenballigen Abschnitt;
    Figur 5
    einen Dübel mit zwei gestuften Abschnitten;
    Figur 6
    einen Dübel in einer abgewandelten Ausführung und
    Figur 7
    ein Diagramm mit Last-Verformungslinien.
  • In Figur 1 ist ein Aufschweißdübel dargestellt, dessen Schaft am Aufschweißende 3 einem Abschnitt 2 vergrößerten Durchmessers besitzt. Der Abschnitt 2 vegrößerten Durchmessers und der sonstige Schaftabschnitt 1 weisen jeweils die Form eines geraden Kreiszylinders auf. Der Abschnitt 2 vergrößerten Durchmessers geht im dargestellten Ausführungsbeispiel gleichmäßig über einen Übergangsabschnitt 4 in den sonstigen Schaftabschnitt 1 über. Mit dem freien Ende des Abschnittes 2 vergrößerten Durchmessers, dem Aufschweißende 3, wird der Dübel mittels eines Bolzenschweißapparates auf ein nicht gezeigtes Bauteil aus Stahl aufgeschweißt.
  • An dem dem Aufschweißende 3 gegenüberliegenden Ende weist der Dübel beim gezeigten Ausführungsbeispiel einen Kopf 5 auf. Dieser dient der Übertragung von parallel zur Längsachse des Dübels gerichteten Belastungen zwischen Beton und Dübel und damit auch zur Verbesserung der Verankerung des Dübels im Beton.
  • In Figur 2 ist ein Schnitt II - II des Dübels gemäß Figur 1 dargestellt. Man erkennt deutlich den kreisförmigen Querschnitt des Abschnittes 2 vergrößerten Durchmessers, des Kopfes 5 sowie gestrichelt dargestellt des sonstigen Schaftabschnitts 1. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser des Abschnittes 2 vergrößerten Durchmessers gegenüber dem Durchmesser des sonstigen Schaftabschnitts 1 um ca. 40 % vergrößert. Um eine gute Verankerung des Dübels im Beton zu erreichen, ist der dargestellte Kopf 5 im Durchmesser wesentlich größer als der Abschnitt 2 vergrößerten Durchmessers. Da der Abschnitt 2 vergrößerten Durchmessers, der sonstige Schaftabschnitt 1 und der Kopf 5 rotationssymmetrisch auf einer Achse liegen, kann der Dübel einfach hergestellt werden.
  • Der gesamte Dübel ist im Einbauzustand in Beton eingesetzt. Bei einer Scherbelastung, d. h. einer Belastung rechtwinklig zur Längsachse des Dübels im Bereich des Aufschweißendes 3, treten hohe Pressungen zwischen Dübel und Beton auf. Bei kleinen Scherbelastungen konzentrieren sich die Pressungen in der Nähe des Aufschweißendes 3. Bei steigender Scherbelastung nimmt die Größe des Bereiches des Dübels zu, der in dieser Form zur Lastabtragung herangezogen wird. Bei Dübeln mit konstantem Durchmesser über die gesamte Länge kann sich dieser Bereich, je nach Betonzusammensetzung bis über fast die gesamte Dübellänge ausdehnen. Dies gilt besonders für Dübel mit großen Durchmessern, die eine hohe Biegesteifigkeit besitzen. Verringert man den Durchmesser des herkömmlichen Dübels auf ca. 2/3 des ursprünglichen Durchmessers auf einer Länge von ca. 80 % vom Kopf 5 her, so ergibt sich der Dübel gemäß Figur 1. Bei diesem Dübel konzentrieren sich bei hohen Scherbelastungen die Pressungen im Bereich des Abschnittes 2 vergrößerten Durchmessers. Im Vergleich zu einem herkömmlichen Dübel mit einem Durchmesser, der dem des Abschnittes 2 vergrößerten Durchmessers entspricht, liegen daher die übertragbaren Scherbelastungen etwas niedriger. Allerdings liegen sie deutlich über den Scherbelastungen, die ein herkömmlicher Dübel mit einem Durchmesser, der dem des sonstigen Schaftabschnittes 1 entspricht, zu übertragen in der Lage ist. Infolge der Konzentration der Pressungen im Bereich des Abschnittes 2 vergrößerten Durchmessers wird dort der Beton im Vergleich zu herkömmlichen Dübeln wesentlich stärker beansprucht. Dies führt zu größeren Verformungen des Betons und zu einer Vergrößerung der lokal begrenzten Bereiche der Betonverdrängung. Dies wiederum ermöglicht größere Dübelverschiebungen, d.h. größere Verschiebungen des Dübelfußes, der in diesem Fall dem Abschitt 2 vergrößerten Durchmessers entspricht, rechtwinklig zur Längsachse des Dübels. Mit wachsenden Verschiebungen nehmen auch die Axialzugkräfte im Dübel zu. Diese wiederum liefern mit ihrem parallel zur Scherbelastung verlaufenden Anteil einen deutlichen Beitrag zur Bruchlast des Dübels. Außerdem rufen sie Verformungen des sonstigen Schaftabschnittes 1 hervor, die auch die Verschiebungen des Abschnittes 2 vergrößerten Durchmessers vergrößern. Dadurch erklärt sich, daß mit einem sehr hohen Gewinn in der Bruchverschiebung lediglich ein geringer Verlust in der Bruchlast des Dübels oder sogar ein deutlicher Gewinn in der Bruchlast einhergeht, je nachdem welche der oben genannten Betrachtungsweisen gewählt wird. Dies wird später an Hand des Diagrammes gemäß Figur 7 deutlich.
  • In den Figuren 3, 4 und 5 sind verschiedene Ausführungsformen des Abschnittes 2 vergrößerten Abschnitts dargestellt. Diese Ausführungen können in Verbindung mit verschiedenen Betonsorten durchaus ein weiter verbessertes Tragverhalten bei einer Scherbelastung bieten.
  • Im Diagramm gemäß Figur 7 sind die Last-Verformungslinien dreier Dübel aufgetragen. Zwei dieser Linien, nämlich die Linien A und B, zeigen das Last-Verformungsverhalten herkömmlicher Dübel. Beide Dübel haben die gleiche Länge und über die gesamte Länge einen konstanten Querschnitt. Die Länge entspricht der Gesamtlänge des Dübels gemäß Figur 1. Der Durchmesser entspricht dem Durchmesser des sonstigen Schaftabschnittes 1 gemäß Figur 1 für Kurve A und dem Durchmesser des Abschnittes 2 vergrößerten Durchmessers gemäß Figur 1 für die Kurve B. In dem Diagramm ist die Scherkraft F in kN über der Scherverschiebung s in mm aufgetragen. Dabei stellt s die relative Verschiebung des Stahlbauteiles und damit auch des Dübelfußes gegenüber dem Betonteil dar. Wie zu erkennen ist, liegt für Kurve A und den dazugehörigen Dübel die Bruchlast bei ca. 80 kN und die Bruchverschiebung bei ca. 7,5 mm, während für Kurve B und den dazugehörigen Bolzen die Bruchlast bei ca. 155 kN und die Bruchverschiebung bei ca. 9,0 mm liegt. Die Kurve C stammt aus einem Versuch, in dem ein Dübel gemäß Figur 1 geprüft wurde, dessen Schaftdurchmesser auf ca. 80 % der Dübellänge demjenigen der Dübel gemäß Kurve A und dessen Durchmesser im Abschnitt vergrößertem Durchmessers demjenigen des Dübels gemäß Kurve B entsprach. Man erkennt, daß die Bruchlast mit etwa 140 kN etwas geringer als bei Kurve B ist, jedoch ergibt sich mit ca. 29 mm eine wesentliche Steigerung der Bruchverschiebung. Aus diesen Werten ergibt sich überschlagsmäßig, daß bei den in diesem Beispiel vorgegebenen konstruktiven Bedingungen das Arbeitsvermögen des Dübels durch Anordnung eines Abschnittes vergrößerten Durchmessers im Vergleich zu den zu den Kurven A und B gehörigen Dübeln um den Faktor 5,5 bzw. 3,0 gesteigert wird. Diese Werte können durch Änderung der konstruktiven Vorgaben beeinflußt werden.
  • Natürlich entsprechen Tragverhalten und Tragfähigkeit eines erfindungsgemäßen Dübels bei Belastung auf Zug weitgehend dem eines herkömmlichen Dübels mit einem konstanten, dem Durchmesser des sonstigen Schaftabschnittes 1 entsprechenden Durchmesser. Jedoch sind oftmals die Scherbelastungen ausschlaggebend für die Auslegung der Dübel, so daß eine derartige gesteigerte Bruchverschiebung, das deutlich gesteigerte Arbeitsvermögen und die hohen Bruchlasten in Scherrichtung viel entscheidender sind. Dabei sind vor allem die großen Bruchverschiebungen z.B. bei Anwendung des Traglastverfahrens im Verbundbau von besonderer Bedeutung. Ein weiterer Vorteil des im sonstigen Schaftabschnitts verringerten Durchmessers des Dübels gemäß Figur 1 ist die Tatsache, daß dadurch mehr Platz für die Anordnung von Bewehrungsstäben im Beton verbleibt. Dies ist z. B. bei der Verwendung von Ankerplatten, in deren Umgebung erfahrungsgemäß vielfach eine Häufung von Bewehrung notwendig ist, von Bedeutung.

Claims (18)

  1. Stahl-Beton-Verbundbauteil mit einem Stahlteil und einem Betonteil, die mittels zumindest einem auf das Stahlteil aufgeschweißten Aufschweißdübel aus Metall miteinander verbunden sind, wobei der Dübel einen Schaft mit einem Aufschweißende (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dübel aufgeschweißt ist, bei dem der Schaft vor dem Aufschweißen am Aufschweißende (3) einen Abschnitt (2) mit einem gegenüber dem sonstigen Schaftabschnitt (1) vergrößerten Durchmesser aufweist.
  2. Verbundbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sonstige Schaftabschnitt (1) und der Abschnitt (2) vergrößerten Durchmessers rotationssymmetrisch zu einer gemeinsamen Achse ausgebildet sind.
  3. Verbundbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sonstige Schaftabschnitt (1) und der Abschnitt (2) vergrößerten Durchmessers die Form eines Prismas aufweisen.
  4. Verbundbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sonstige Schaftabschnitt (1) rotationssymmetrisch und der Abschnitt (2) vergrößerten Durchmessers prismatisch oder der sonstige Schaftabschnitt (1) prismatisch und der Abschnitt (2) vergrößerten Durchmessers rotationssymmetrisch ausgeführt sind.
  5. Verbundbauteil nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der sonstige Schaftabschnitt (1) und/oder der Abschnitt (2) vergrößerten Durchmessers jeweils die Form eines geraden Kreiszylinders aufweisen.
  6. Verbundbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (2) vergrößerten Durchmessers in Achsrichtung ballig ist.
  7. Verbundbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (2) vergrößerten Durchmessers mit einer stetigen Verjüngung (4) in den sonstigen Schaftabschnitt (1) übergeht.
  8. Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Dübel an seinem freien Ende einen Kopf (5) aufweist.
  9. Verbundbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Kopfes (5) mindestens so groß wie der Durchmesser des Abschnittes (2) vergrößerten Durchmessers ist.
  10. Verbundbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Länge zu Durchmesser des Abschnitts (2) vergrößerten Durchmessers zwischen 1:2 und 4:2 beträgt.
  11. Verbundbauteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Länge und Durchmesser des Abschnittes (2) vergrößerten Durchmessers zwischen 1:2 und 3:2 beträgt.
  12. Verbundbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Länge zu Durchmesser des sonstigen Schaftabschnitts (1) ohne Kopf (5) etwa 3:1 oder größer ist.
  13. Verbundbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Durchmessers des Abschnittes (2) vergrößerten Durchmessers zu dem des sonstigen Schaftabschnittes (1) zwischen etwa 7:6 und 10:6 liegt.
  14. Verbundbauteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Durchmessers des Abschnittes (2) vergrößerten Durchmessers zu dem des sonstigen Schaftabschnittes (1) etwa 9:6 beträgt.
  15. Verbundbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Länge des Abschnittes (2) vergrößerten Durchmessers zu der des sonstigen Schaftabschnittes (1) ohne Kopf (5) mindestens 1:3 beträgt.
  16. Verbundbauteil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Länge des Abschnittes (2) vergrößerten Durchmessers zu der des sonstigen Schaftabschnittes (1) ohne Kopf (5) zwischen 1:3 und 1:8 liegt.
  17. Verbundbauteil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Länge des Abschnittes (2) vergrößerten Durchmessers zu der des sonstigen Schaftabschnittes (1) ohne Kopf (5) zwischen 1:4 und 1:7 liegt.
  18. Verbundbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (2) vergrößerten Durchmessers eine abgestufte Querschnittsvergrößerung aufweist.
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